Mô hình động lực học chuyển động của tên lửa phục vụ cho thiết bị huấn luyện

Bài viết đề xuất phương pháp xây dựng mô hình động lực học chuyển động cho một lớp tên lửa phòng không tầm thấp phục vụ thiết bị mô phỏng huấn luyện có tính đến ảnh hưởng của các thông số khí động học và thuật toán điều khiển xử lý bài toán dẫn tên lửa tới mục tiêu cơ động trên cơ sở luật dẫn tiếp cận tỉ lệ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình động lực học chuyển động của tên lửa phục vụ cho thiết bị huấn luyện Nghiên cứu khoa học công nghệ MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÊN LỬA PHỤC VỤ CHO THIẾT BỊ HUẤN LUYỆN Phạm Văn Tùng*, Lê Tuấn Anh, Hoàng Việt Trung, Đồng Văn Tấn Tóm tắt: Bài báo đề xuất phương pháp xây dựng mô hình động lực học chuyển động cho một lớp tên lửa phòng không tầm thấp phục vụ thiết bị mô phỏng huấn luyện có tính đến ảnh hưởng của các thông số khí động học và thuật toán điều khiển xử lý bài toán dẫn tên lửa tới mục tiêu cơ động trên cơ sở luật dẫn tiếp cận tỉ lệ. Mô hình toán thuật toán được xây dựng và mô phỏng trong matlab/simulink. Các gói dữ liệu tham số quỹ đạo của tên lửa và mục tiêu được truyền sang máy tính giáo viên sử dụng giao thức TCP/IP. Kết quả nhận được cho thấy tính tương thích của mô hình khi kết hợp với hệ thống mô phỏng huấn luyện. Từ khóa: Quỹ đạo bay; Thiết bị huấn luyện; Tên lửa một kênh; Tiếp cận tỉ lệ. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Để phục vụ nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ thiết bị huấn luyện trắc thủ cho một chủng loại tên lửa, ngoài việc xây dựng các kịch bản, chương trình mô phỏng huấn luyện ra thì một nhiệm vụ khác phức tạp là xây dựng mô hình toán động lực học cho nó. Vấn đề này, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhưng hầu hết chưa được công bố và còn trong bí mật, chỉ thể hiện ở các kết quả mô phỏng. Trong nước, một số công trình đã nghiên cứu đến vấn đề này nhưng chỉ dừng ở mức độ mô hình toán để khảo sát các hệ thống điều khiển, quỹ đạo bay,... [1-3] chưa đưa vào bộ huấn luyện mô phỏng thực tế. 2. MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 2.1. Mô hình bộ huấn luyện kíp trắc thủ Để huấn luyện cho trắc thủ, đảm bảo các thao tác và điều kiện bắn như thực tế, bộ mô hình huấn luyện trắc thủ đưa ra sơ đồ khối các khâu như hình 1. Hình 1. Sơ đồ khối chức năng của thiết bị mô phỏng huấn luyện trắc thủ. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 66, 4 - 2020 25  Tên lửa & Thiết bị bay Bộ thiết bị mô phỏng huấn luyện bao gồm các thiết bị phần cứng và phần mềm. Phần cứng bao gồm hệ thống máy tính ra tình huống, máy chiếu, ống phóng, cơ cấu phóng, khối điện tử trong cơ cấu phóng để giao tiếp với phần mềm, camera thực hiện thu nhận ảnh từ phông nền, hệ thống máy tính giáo viên, card chuyển đổi ADC/DAC để giao tiếp giữa phần cứng và phần mềm đánh giá thao tác của trắc thủ. Phần mềm của thiết bị mô phỏng huấn luyện bao gồm 2 chương trình chính: Chương trình ra tình huống mô phỏng chuyển động 3D của mục tiêu với các điều kiện địa hình như đồi núi, mặt biển, với mục tiêu di động là máy bay trực thăng, máy bay tiêm kích, tên lửa hành trình,...; Chương trình quản lý thu thập thông tin về thao tác ngắm bắn, bóp cò và xử lý tình huống trong khi tập bắn của trắc thủ, sau đó sẽ tổng hợp và đánh giá kết quả bắn của các trắc thủ [6]. 2.2. Mô hình toán chuyển động của tên lửa Dựa trên cấu hình của thiết bị mô phỏng huấn luyện thực tế đã được triển khai, để phù hợp với việc kết nối với bộ thiết bị huấn luyện, coi chuyển động của tên lửa là chuyển động của chất điểm với khối lượng biến thiên theo thời gian, bỏ qua chuyển động quay của tên lửa. Phương trình mô tả chuyển động của tên lửa có dạng sau [5]: Fx  mV (1) Fy   mV cos    (2) Fz  mV  (3) x  V cos  cos  (4) y  V sin  cos  (5) z  V sin  (6) dm  m (7) dt Trong đó: Fx , Fy , Fz là tổng các lực tác dụng lên tên lửa trong hệ tọa độ tốc độ; V là  là độ hụt khối của tên lửa;  ,  là hai góc khi vận tốc tên lửa; m là khối lượng tên lửa; m chuyển đổi từ hệ tọa độ quán tính sang hệ tọa độ tốc độ. Tổng các lực tác dụng lên tên lửa theo các trục hệ tọa độ có dạng: Fx  Fdc  P sin   Fkdx  Fdc  mg sin   Fkdx (8) Fy  Fkdy (9) Fz  Fkdz  P cos   Fkdz  mg cos  (10) Trong đó: P là trọng lực; Fdc là lực đẩy động cơ; Fkd là lực đẩy khí động, Fkdx , Fkdy , Fkdz tương ứng là hình chiếu của lực khí động lên các trục của hệ tọa độ tốc độ. Các lực này được biểu diễn thông qua hệ số khí động có dạng sau:  2 Fkdx  qSC x  qS C x 0  C x  x2  (11) Fkdy  qSC y  qSC y  y (12) Fkdz  qSCz  qSCz  z (13) 26 P. V. Tùng, …, Đ. V. Tấn, “Mô hình động lực học chuyển động … cho thiết bị huấn luyện.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Với q là áp suất động; S là diện tích đặc trưng, C x , C y , C z tương ứng là các hệ số lực 2   khí động theo các trục tọa độ; Cx , C y , Cz tương ứng là các đạo hàm hệ số lực khí động theo góc lệch cánh lái. Trên thực tế, đối với chủng loại tên lửa đang khảo sát, chỉ có một góc lệch cánh lái, nhờ tên lửa quay nên đối với các kênh chuyển độ ...